ҚЫСҚАША

Автомобильдерді жеңілдету үшін магнийден матрицалау — бұл магний қорытпаларының жапырақтарын конструкциялық бөлшектерге пішіндеу үшін жылу формалық технологияны (әдетте 200°C–300°C) қолданатын арнайы өндірістік үдеріс. Дәстүрлі құюға қарсы тұратын, магнийді (негізінен AZ31B ) илемдеп матрицалау қуыстылықты жояды және қабырғалардың жұқа болуына мүмкіндік береді, сондықтан алюминийден 33% жеңілірек және болатқа қарағанда 75%-ға дейін жеңілірек болады. Бұл үдеріс бөлшектің орын ауыстыру температурасында сынғыштыққа әкелетін гексагоналды тығыз орналасқан (HCP) кристалдық құрылымын жеңуге мүмкіндік береді және келесі ұрпақ автомобильдерінің пайдалы әсер коэффициенті үшін маңызды бағыт болып табылады.

Жеңілдетудің алдыңғы шекарасы: Неге магнийді матрицалайды?

Автомобильдік тиімділіктің үздіксіз ізденісінде инженерлер үнемі "масса спиралі"мен күреседі. Алюминий ұзақ уақыт бойы жеңілдету үшін стандарт болып табылса да, магнийді матрицалау материалдардың дамуындағы келесі логикалық қадамды білдіреді. Магний — қол жетімді ең жеңіл құрылымдық металл, оның тығыздығы шамамен 1,74 г/см³, бұл оны мырыштан 33% жеңілірек және болаттан 75% жеңілірек етеді. Электрлік көлік (EV) үшін әрбір сақталған килограмм тікелей қозғалыс қашықтығын арттыру деген сөз, сондықтан бұл айырмашылықтар тек қана қосымша емес, түбегейлі өзгеріс болып табылады.

Автомобиль қолданысындағы магний әдетте штамповке под давлением —мысалы, аспап панелінің арқалықтары, басқару дөңгелегінің каркасы және беріліс коробкасы секілді бөлшектермен байланысты. Дегенмен, құю әдісінің өзіне тән шектеулері бар: балқыған металдың ағуын қамтамасыз ету үшін қалыңдығы әдетте ең аз 2,0–2,5 мм болатын қабырғалар қажет, сонымен қатар нәтижесінде алынған бөлшектер жиі қуыстарға ие болып, жылулық өңдеу мүмкіндіктерін шектейді. Металлдарды таңбалау осы парадигманы өзгертеді. Деформацияланған магний жапсырмасын құрастыру арқылы инженерлер 1,0 мм немесе одан да аз қабырға қалыңдығына жетуі мүмкін, бұл салмақты төмендетуді әлдеқайда арттырады және материалдың жоғары пластикалық және жорамалдық беріктік сияқты деформацияланған материалдардың жақсы механикалық қасиеттерінен пайда көреді.

Тегістелген магнийдің қолдану мүмкіндігі қарапайым тіреулерден тысқа шығады. Ірі автомобиль өндірушілері мен зерттеу мекемелері мықты бет құрамы бар детальдар үшін осы процесті сәтті тексерді, мысалы есік ішкі панельдері , отырғыш жинақтары және шатыр аркалары. Бұл қолданбалар магнийдің алюминий немесе болатқа қарағанда діріл мен шу (NVH) сіңіру қабілетінің жоғары болуы сияқты ерекше тежеу қабілеті мен жоғары меншікті қаттылығын пайдаланады — құрылымдық қажеттілікті ыңғайлылық функциясына айналдырады.

Техникалық шығарылым: Қайрат температурасындағы пішінделу қабілеті

Егершін магнийдің соншалықты айқын артықшылықтары бар болса, неге ол өнеркәсіптік стандарт болып табылмайды? Жауап оның кристаллографиясында. Көптеген сырғанау жүйелері бар Face-Centered Cubic (FCC) немесе Body-Centered Cubic (BCC) құрылымы бар болат немесе алюминийден өзгеше, магнийде Гексагоналды тығыз жинақталған (HCP) кристалдық құрылымы бар. Қалыпты температурада бұл құрылым әйгілі-ащы қиын.

Металдардағы пластикалық деформация кристалдық жазықтықтар бір-бірінің үстіне сырғанайтын кезде пайда болады, бұл механизмді «сырғанау» деп атайды. Айналадағы температурада (25°C) магний толығымен базальдық сырғанау жүйесіне сүйенеді, ол тек екі тәуелсіз сырғанау режимін ғана қамтамасыз етеді. фон Мизес критерийі бойынша, материалдың сынбастан күрделі деформацияға ұшырауы үшін кем дегенде бес тәуелсіз сырғанау жүйесі қажет. Сондықтан, күрделі магний бөлшектерін суық күйде терең созу немесе тегістеу әрекеті дер кезде сынуды немесе жарылуды тудырады. Материал жай ғана кернеуді қабылдай алмайды.

Бұл шектеу күшті созылу-сығылу асимметриясын және анизотропияны (қасиеттердің бағыттылығын) туғызады. Магний жапырағы бір бағытта жақсы созылуы мүмкін, бірақ екінші бағытта сынғыш болуы мүмкін. Материалдың мүмкіндіктерін ашу үшін инженерлер қосымша сырғанау жүйелерін — нақтырақ айтқанда призматикалық және пирамидалық сырғанау жазықтықтарын — іске қосуы керек, олар тек материал жылу арқылы энергияландырылған кезде ғана белсенді болады.

Шешім: Жылы формалайтын технология (200°C–300°C)

Магнийді штамптаудағы жаңашылдық жылықтық формалау . Зерттеулер магний жапырағының температурасын 200°C мен 300°C аралығына дейін көтеру базальды сырғанау үшін қажетті критикалық шешілген ысыру кернеуін (CRSS) айтарлықтай арттырып қана қоймай, сонымен қатар базальды емес сырғанау жүйелері үшін активтендіру энергиясын төмендететінін көрсетеді. Бұл «тиімді аймақта» материал сынғыштан серпімдіге айналады және жұмсақ болатқа ұқсас күрделі геометрияларды алуға мүмкіндік береді.

Жылумен пішіндеуді енгізу құрал-жабдық стратегиясын түбегейлі өзгертуді талап етеді. Үйкеліс нәтижесінде пайда болатын жылуды құралдың өзі сіңіретін суық штамптеуден өзгеше, жылумен пішіндеу кезінде құрал өзі жылу көзі болуы (немесе кем дегенде жылуды басқаруы) тиіс. Бұл процесс әдетте заготовканы қыздыруды және матрицаны белгілі бір температурада ұстауды қамтиды. AZ31B үшін оптимальды диапазон жиі 250°C шамасында деп келтіріледі. Егер тым суық болса, бөлшек сынады; ал тым ыстық болса (300°C-тан жоғары), материал жылулық жұмсару немесе дәндердің іріленуі салдарынан әлсірейді, соның нәтижесінде соңғы бөлшектің беріктігі төмендейді.

Майлау — бұл тағы бір маңызды фактор. Стандартты май негізіндегі штамптау майлау құралдары осындай температурада ыдырап немесе түтік шығарады. Жаппақ пен матрица арасындағы үйкелісті болдырмау үшін арнайы қатты майлау құралдар (мысалы, графит немесе PTFE негізіндегі қаптамалар) немесе жоғары температураға шыдамды полимер пленкалар қажет. Бұл күрделілікті арттырса да, алмастыру нәтижесінде жоғары көлемді өндіріс іске асады. Цикл уақыттары бірнеше секундқа дейін қысқартылды, бұл процесті массалық өндіріске жарамды етеді. Алайда, масштабты жүзеге асыру үшін арнайы сараптама қажет. Мұндай серіктестер Shaoyi Metal Technology осы саңылауды жабады және тез прототиптерден жоғары көлемді өндіріске өтуге мүмкіндік беретін дәлдік штамптау шешімдерін ұсынады, сонымен қатар қатаң OEM сапа стандарттарына сай болады.

Материалды таңдау: Негізгі магний жаппақ қорытпалары

Барлық магний бірдей болмайды. Штамптау жобасының сәттілігі жиі қорытпаны таңдаудан басталады, ол формалау қабілетін құны мен механикалық өнімділікпен тепе-теңдікте ұстауы керек.

• AZ31B (Mg-3%Al-1%Zn): Бұл магний жапырақтар әлеміндегі жұмысшы болып табылады. Ол коммерциялық түрде қолжетімді, орташа бағалы және жақсы зерттелген. Қалыпты температурада пішіндеуге нашар берілсе де (шектеуші доңғалақ биіктігі ~12 мм), ол 250°C-да жылы пішіндеуге өте жақсы жауап береді. Көптеген құрылымдық автомобиль қолданыстары үшін бұл әдетті таңдау болып табылады.
• ZEK100 (Mg-Zn-RE-Zr): Бұл дамыған қорытпа неодим сияқты Жердің Сирек Элементтерін (RE) қамтиды. Сирек элементтердің қосылуы кристаллографиялық текстураны өзгертеді, дән бағытталуын кездейсоқ етеді. Бұл «әлсіретілген текстура» анизотропияны азайтады және ZEK100-ді AZ31B-ға қарағанда төменірек температурада (150°C дейін) немесе күрделірек пішіндеуге мүмкіндік береді. AZ31B сәтсіз болған кезде күрделі геометриялар үшін бұл премиум таңдау болып табылады.
• E-Form Plus / Арнайы Қорытпалар: Жаңа меншікті қорытпалар тұрақты түрде пайда болуда, олар энергия шығынын және цикл уақытын азайту үшін пісіру температурасын одан әрі төмендетуге бағытталған. Бұлар негізінен дән шекарасының сырғанау механизмдері арқылы созылу қабілетін жақсарту үшін дән өлшемін жетілдіруге бағытталады.

Салыстырмалы талдау: Штамптеу мен құю арасындағы салыстыру

Автомобиль инженерлері үшін шешім көбінесе штамповке под давлением және штамптеудің өнімділік артықшылықтары арасындағы үйлестіруден тұрады. Төмендегі салыстыру белгілі бір қолданыстар үшін неліктен штамптеу алдыңғы орынға ие болып келе жатқанын көрсетеді:

Болашаққа көзқарас

Әлемдегі шығарынды стандарттар қатаңдай түскен сайын және EV жарысы жылдамдай түскен сайын магнийден матрицалау арқылы жеңілдету технологиясының ролі тек қана өсе береді. Өнеркәсіп көп материалдан тұратын біріктірудің алдына қарай қозғалып барады — матрицаланған магний панельдерін алюминий немесе жоғары беріктік болат рамаларымен күрделі желімдер мен өзі тесіп орнатылатын бұрандалар арқылы біріктіру (гальваникалық коррозияны болдырмау үшін). Табиғи материалдардың құны мен жеткізу тізбегінің тұрақсыздығы сияқты қиыншылықтар сақталса да, жылы формаланған магнийдің инженерлік негізі теріс болмайды: бұл келешек көліктерге жеңілдіктің және беріктіктің соңғы комбинациясын ұсынады.

Жиі қойылатын сұрақтар

1. Неліктен магний дөңгелектерді жасауды тоқтатты?

Магний дөңгелектер ("мэгс") жол тұзынан пайда болатын шыңшықтану мен гальваникалық коррозияға бейім болғандықтан, сондай-ақ жоғары техникалық қызмет көрсету құнына байланысты кең көлемді тұтынуға арналған автомобильдерде қолданылмай қалды. Ерте заманғы магний қорытпалары жол тұзынан пайда болатын шыңшықтану мен гальваникалық коррозияға өте сезімтал болды. Сонымен қатар магний алюминийге қарағанда сынғыш болып келеді және жөндеуге қиын. Қазіргі заманның соғылған магний дөңгелектері бар, бірақ негізінен олар бағаға қарамастан өнімділік маңызды болатын жарыстар немесе ультра-люкс сегменттерде қолданылады.

2. Магний қорытпасын штамптауға бола ма?

Иә, бірақ әдетте оны бөлме температурасында емес. жылы формалау 200°C мен 300°C арасындағы температурада жүргізіледі. Бұл жылу металдың кристалдық құрылымындағы қосымша сырғанау жүйелерін белсендіреді, сондықтан металл сынбай созылып, пішінге ие болады. ZEK100 сияқты кейбір дамыған қорытпалар төменгі температурада жақсырақ пішінделеді.

3. Магний қорытпасының кемшілігі қандай?

Негізгі кемшіліктері коррозия және баға магний әлдеқайда реакцияға түскіш және гальваникалық қатарда төмен орналасқан, яғни болат немесе ылғалмен жанасқан кезде қорғау қабаты болмаған жағдайда тез бүлінеді. Сондай-ақ, оның килограмы болат немесе алюминийге қарағанда қымбатырақ. Сонымен қатар, гексагоналды кристалдық құрылымы оны суық күйде пішіндеуге қиындық туғызады және энергияға қажеттілігі жоғары жылулық пішіндеу процестерін талап етеді.